许多动物饮食中富含植物多糖组分,但动物本身通常缺乏多糖分解功能。近年来对肠道菌群的研究发现,动物可依靠其肠道微生物消化多糖,从而生成对宿主有益的短链脂肪酸等营养物质。蜜蜂取食的花粉外壁中富含纤维素,半纤维素和果胶等多糖成分,而蜜蜂具有结构简单、特异性强的肠道菌群,是研究肠道微生物与宿主营养健康、激素调控、动物行为等的优良模式体系,但其肠道菌群对多糖消化的机制尚不清楚。

  本文通过对蜜蜂肠道菌群宏基因组及肠道菌基因组的大数据分析发现其肠道内双歧杆菌和γ-变形菌(Gilliamella)是半纤维素和果胶的主要分解者。在双歧杆菌和γ-变形菌Gilliamella基因组中,与多糖消化相关基因的分布存在显著的菌株水平多样性,其相同菌种、恒煊娱乐登录不同菌株对多糖代谢能力存在较大差异。在双歧杆菌中,编码碳水化合物代谢酶的基因在基因组上聚合形成多糖利用位点(Polysaccharide Utilization Loci),这一现象与人肠道的拟杆菌极为相似。本文首次利用无菌蜜蜂构建及肠道菌定植技术,通过转录组及代谢组分析,证实了相关基因位点在对特定食物多糖组分(木聚糖、阿拉伯聚糖、恒煊官网半乳聚糖)的重要作用及调控情况。恒煊官网而肠道γ-变形菌Gilliamella主要通过多种果胶裂解酶、多聚半乳糖醛酸酶及糖脂酶的协同作用代谢食物中的果胶。本研究进一步揭示了蜜蜂肠道微生物与人体肠道微生物群落的相似性,其肠道菌群在与宿主共同进化的过程中形成了紧密的互利共生关系,宿主需要依靠肠道菌群对难降解多糖进行利用,并且其简单的肠道菌群表现出特定的高效合作方式。该工作为进一步利用蜜蜂模式动物体系,解析肠道菌群的协作、竞争、群落稳定性及对食物的高效降解提供了基础。

  中国农业大学为本文的第一作者单位和第一通讯单位,郑浩教授为该论文的第一作者和通讯作者,Nancy Moran院士为本论文的共同通讯作者。高精尖中心2018级博士生韩本凤、张紫晶为本工作的主要参与人。该研究得到了国家自然科学基金面上项目和美国国立卫生研究院基金的支持。